题目内容

5.①小芳在探究“浮力的大小等于什么?”的实验中,做了如图1所示的测量:

a.写出以上探究中,不重复操作的合理顺序(只填代号)DBCA;
b.通过探究,得出的结论是F浮=G排.由此还可算出铁块的密度.请选用Fl、F2、F3、F4、ρ水,表达它的密度:ρ铁=$\frac{{F}_{2}{ρ}_{水}}{{F}_{1}-{F}_{4}}$.
②在图中杠杆上的A点挂四个重均为1N的钩码,用调好的弹簧测力计竖直向上拉杠杆上的B点,使杠杆在水平位置平衡,如图所示,测力计的示数是2N;如果将测力计沿图中虚线方向拉,仍使杠杆在水平位置平衡,则测力计的示数将变大(“变大”、“不变”或“变小”).

分析 ①先明确ABCD四个图弹簧测力计测量的什么内容,把握题中的要求:“不重复操作”,然后求出物体受到液体的浮力和排开液体的重力,进行比较回答.
②力臂是指支点到力的作用线的垂直距离,根据杠杆平衡条件,动力乘以动力臂等于阻力乘以阻力臂,来确定力的大小;当阻力乘以阻力臂的积不变时,动力的大小会随着动力臂的变小而变大.

解答 解:
①a.本题中探究“浮力的大小等于什么?”的实验中,由图可知,弹簧秤共用了四次,需要测量的物理量共有四个:桶和铁块排开水的总重力F1、铁块重F2、铁块在水中时秤的示数F3、空桶的重力F4;只有铁块放在水中时水才会流入桶中,如果完成A后再完成D操作,那么桶中会沾有水,结果误差偏大,所以A操作肯定是最后一步;如果先完成C操作,再完成B操作,则铁块上沾上了水,测量结果误差过多,因此先进行B操作再进行C操作;对于B和D,如果先测B,完成后再测D,接下来又要测铁块在水中的重力,则重复测铁块重力的操作,所以应先测D再测B,综上所述合理顺序为DBCA;
b.由密度公式可知ρ铁=$\frac{{m}_{铁}}{{V}_{铁}}$=$\frac{{G}_{铁}}{{V}_{铁}g}$,由A、D可知G排=F1-F4=m水g=ρ水V排g,所以V排=$\frac{{F}_{1}-F{\;}_{4}}{{ρ}_{水}g}$,由图可知,铁块浸没在水中,所以V铁=V排;
代入可得可知ρ铁=$\frac{{m}_{铁}}{{V}_{铁}}$=$\frac{{G}_{铁}}{{V}_{铁}g}$=$\frac{{F}_{2}}{{V}_{排}g}$=$\frac{{F}_{2}{ρ}_{水}}{{F}_{1}-{F}_{4}}$;
②根据杠杆平衡条件,由图可知,4N×OA=F×OB,OB=2OA,得测力计的示数F=2N,如图将测力计的沿虚线方向拉,拉力的力臂L小于原力臂OB,如图3所示,根据杠杆原理,拉力F会变大.
故答案为:①a.DBCA;b.$\frac{{F}_{2}{ρ}_{水}}{{F}_{1}-{F}_{4}}$;
②2;变大.

点评 本题考查了验证阿基米德原理的实验操作,要掌握浮力的综合运算,同时还考查了杠杆原理的应用,是一道力学综合题,难度较大.

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